一般將水接觸角超過(guò)150° 和滾動(dòng)角低于10° 的表面稱為超疏水表面[1]。自1990年以來(lái)，受自然界中動(dòng)植物（例如荷葉、昆蟲(chóng)的腿和翅膀、動(dòng)物的羽毛表面）的啟發(fā)，超疏水表面被成功合成。目前，針對(duì)溢油清理、防覆冰、流體屏蔽和流體減阻，尤其是金屬防腐蝕等，制備出一系列功能性的超疏水表面[2,3,4]。超疏水涂層成為最具有潛質(zhì)的腐蝕防護(hù)方式，因其微納米結(jié)構(gòu)可以儲(chǔ)存大量的空氣，大大減少了腐蝕液與表面的接觸面積，從而具備良好的防腐蝕性能。超疏水涂層除了固有的防腐蝕作用，還具有高的拒液性，以及自清潔、防覆冰、防污和自愈性等優(yōu)勢(shì)，能有效地保護(hù)金屬不被周圍環(huán)境腐蝕，從而延長(zhǎng)其使用壽命。以下主要從功能化超疏水表面的構(gòu)筑，功能性超疏水表面在金屬防護(hù)中的應(yīng)用，及其面臨的挑戰(zhàn)和今后的研究方向進(jìn)行了展望。

一、功能化超疏水表面

為了滿足柔性電子、人工智能、快速融冰融雪等新興領(lǐng)域的需求[5]，已成功開(kāi)發(fā)出具有特殊功能化潤(rùn)濕性的人工界面，包括透明性、自修復(fù)、磁性、浸潤(rùn)性轉(zhuǎn)化和耐久性等超疏水表面。用于超疏水表面通常需滿足兩個(gè)條件之一，即固有的疏水性或與低表面能分子的足夠反應(yīng)性。所以，疏水材料（有機(jī)硅、聚丙烯、碳納米管等）、疏水改性劑（氟烷基硅烷、烷基硫醇、烷基羧酸等）和活性底物（金屬、金屬氧化物、聚合物等）被廣泛應(yīng)用于制備超疏水表面[6]。

1.1透明超疏水表面

透明超疏水材料由于其表面的微粗糙結(jié)構(gòu)和拒水性，被用于鏡片、擋風(fēng)玻璃、門(mén)窗、太陽(yáng)能電池及精密金屬儀器的防護(hù)等[7,8,9]。微/納米尺度的層次結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)超疏水性所必需的條件[10,11]，由于粗糙度的不同，導(dǎo)致光散射程度也有所不同，因此可以通過(guò)控制材料表面的微粗糙程度和厚度，來(lái)控制表面的透明度[12]。Cheng等[13]采用一種嵌段共聚物（BCP）自組裝技術(shù)，通過(guò)控制聚苯乙烯嵌段-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物薄膜的旋涂、退火和蝕刻的迭代周期和層序，構(gòu)建了具有多納米級(jí)層級(jí)和多尺度結(jié)構(gòu)的機(jī)械堅(jiān)固的透明超疏水表面。該薄膜表面靜態(tài)接觸角可達(dá)155° ，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均透射率為92.36%，且具有高機(jī)械魯棒性。Zhu等[14]以聚二甲基硅氧烷（PDMS）低表面能效應(yīng)和P25 TiO2協(xié)同的分層納米復(fù)合材料，構(gòu)建出接觸角高達(dá)168°的超疏水薄膜，涂層浸入酸堿溶液后具有76% 透光率，對(duì)高速水射流和膠帶剝離實(shí)驗(yàn)進(jìn)行30次循環(huán)后，仍具有高的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。目前報(bào)道的透明超疏水表面具有較高的透光率，同時(shí)也兼顧了高機(jī)械強(qiáng)度等條件，但制備工藝復(fù)雜，不利于大規(guī)模的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。

1.2自修復(fù)性超疏水表面

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，超疏水表面存在耐用性差和壽命短等問(wèn)題。自我修復(fù)是一個(gè)很好的解決策略，可增加超疏水表面的彈性和壽命，提高其耐久性[15,16,17]。Ge等[18]將PDMS滲透到棉纖維當(dāng)中，由于棉織物表面強(qiáng)大的約束力，增強(qiáng)的微尺度凹槽結(jié)構(gòu)結(jié)合低表面能賦予超親水表面以優(yōu)良的自潔性、防污性和超疏水性，水接觸角高達(dá)155°。由于自擴(kuò)散過(guò)程驅(qū)動(dòng)的智能自愈特性，可延長(zhǎng)織物在使用整個(gè)過(guò)程中的壽命。Zhang等[19]開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)微納米處理的基于水性溶液的耐久超疏水疏油涂層，采用氧化鋁顆粒來(lái)構(gòu)建粗糙的微觀結(jié)構(gòu)，氟表面活性劑和氟化烷基硅烷（FAS）被用作低表面能材料，制備的超疏水和疏油表面同時(shí)表現(xiàn)出良好的自愈性能。自愈性能的關(guān)鍵是，隨著加熱，氟烷基遷移到膜表面，從而恢復(fù)涂層的疏水性。但氟化處理對(duì)環(huán)境和人類健康存在潛在威脅。因此，非氟化超疏水表面成為迫切需要。Lu等[20]引入一種新穎且環(huán)保的方法，構(gòu)建出非氟化柔性超疏水表面。通過(guò)在PDMS基板上沉積鋅薄膜，得到的Zn/PDMS表面具有迷宮狀皺紋，可提供足夠的氣穴來(lái)形成穩(wěn)定的超疏水性，靜態(tài)接觸角高達(dá)168.5°，滾動(dòng)角低至0°。實(shí)現(xiàn)自修復(fù)功能的途徑有以下兩種：第一，通過(guò)構(gòu)建疏水成分制備自修復(fù)超疏水表面；第二，通過(guò)材料表面再生特性制備自修復(fù)超疏水表面。前者因?yàn)閺?fù)雜的微/納米紋理結(jié)構(gòu)容易因機(jī)械變形而損壞，而后者是通過(guò)材料本身的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)再生性自修復(fù)功能，具有長(zhǎng)期有效性。值得注意的是，要盡量保持超疏水表面的低自由能狀態(tài)。

1.3浸潤(rùn)性轉(zhuǎn)換超疏水表面

隨著工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的單一潤(rùn)濕性超疏水表面已無(wú)法滿足復(fù)雜的應(yīng)用要求。近年來(lái)，功能性智能表面，在外界刺激下能實(shí)現(xiàn)可切換的潤(rùn)濕性功能，成為基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用的焦點(diǎn)[21,22]。根據(jù)外界刺激的不同，功能智能表面分為以下幾類：光敏響應(yīng)表面、磁響應(yīng)表面、pH響應(yīng)表面和激光誘導(dǎo)性響應(yīng)表面等。Gao等[23]在泡沫金屬上噴涂由硬脂酸改性的TiO2與石墨烯復(fù)合制得一種可切換潤(rùn)濕性的多功能石墨烯復(fù)合涂層(MGCC)，可以在紫外光照射下實(shí)現(xiàn)可逆的潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)變。此外，該涂層可顯著提高金屬表面的耐腐蝕性。陳逢軍等[24]利用靜電氣噴法將微米級(jí)羰基鐵粉和PDMS混合噴涂到置于磁場(chǎng)中的基底，熱固化后構(gòu)建出磁響應(yīng)超疏水表面，以實(shí)現(xiàn)微流控液滴傳輸與驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。噴涂納米碳粉可以獲得微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)從而顯著提升表面的疏水性和降低表面的黏附性。Wang等[25]采用同軸靜電紡絲法合成了以聚丙烯腈為外殼，以單寧酸（TA）和桐油為核心愈合劑的核殼型靜電紡納米纖維，其具有pH敏感能力。TA分子通過(guò)在裸露的金屬表面形成一層保護(hù)膜在酸性條件下吸附。TA作為酸性修復(fù)劑、桐油作為堿性修復(fù)劑在修復(fù)破裂涂層中同時(shí)起到了pH敏感產(chǎn)品的作用。浸入3.5wt%酸性NaCl溶液和堿性溶液的涂層自愈率分別為81.6%和71.2%。這些具有動(dòng)態(tài)可控微結(jié)構(gòu)的可切換浸潤(rùn)性表面是由單一刺激觸發(fā)，同時(shí)大多數(shù)過(guò)程涉及相對(duì)復(fù)雜的制備工藝，調(diào)控成本高、耗費(fèi)時(shí)間久，且要求表面具備可逆開(kāi)關(guān)的能力，阻礙了其大規(guī)模制造和復(fù)雜實(shí)際條件下的廣泛應(yīng)用，例如油滴的多刺激響應(yīng)傳輸。因此，需要構(gòu)建響應(yīng)多種刺激的表面形態(tài)，以適應(yīng)在不同環(huán)境下大范圍的可逆性潤(rùn)濕表面的轉(zhuǎn)化。

1.4耐久性超疏水表面

目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種各樣的制造技術(shù)來(lái)制備具有所需特征和功能的超疏水表面，以滿足各種應(yīng)用中的具體要求[26,27,28]。然而，大多數(shù)超疏水涂層缺乏機(jī)械穩(wěn)定性和機(jī)械損傷后的拒液性。例如，涂層的微觀結(jié)構(gòu)可以很容易地被不同類型的機(jī)械化學(xué)損傷破壞，例如膠帶剝離、刀劃、砂紙磨損和等離子處理[29]。這些缺點(diǎn)嚴(yán)重阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用?？梢酝ㄟ^(guò)提高材料的高機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)健性來(lái)改善超疏水涂層的耐久性。Zhou等[30]采用一步法制備一種含有環(huán)烯烴共聚物 (COC)、氟化烷基硅烷 (FAS) 和聚四氟乙烯 (PTFE) 的超耐久性超疏水涂層，該涂層與液體自排斥性相結(jié)合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)性能。其表現(xiàn)出優(yōu)異的耐受性，例如反復(fù)洗滌、磨損、沸水、強(qiáng)烈的紫外線照射、極高溫和低溫。它還顯示出物理/化學(xué)損傷的自愈能力。此外，這種自我排斥功能適用于許多不同的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等水性液體。Zhang等[31]通過(guò)一種簡(jiǎn)便的氟化物噴涂方法，制備了對(duì)水和低表面張力液體具有極高接觸角和低接觸角滯后的超疏水表面，含氟多壁碳納米管（F-MWCNTs）的隨機(jī)積累和噴涂過(guò)程中溶劑的蒸發(fā)產(chǎn)生了適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙群臀⑶馉罱Y(jié)構(gòu)。其與水和十六烷的表面靜態(tài)接觸角分別達(dá)到172.4? 和163.0?，滑動(dòng)角分別為1.2? 和4.3?。該涂層在40次磨損循環(huán)后仍保持良好的超疏水性，無(wú)論是浸入油中還是暴露在空氣中，表面均具有強(qiáng)大的自潔性能、出色的耐磨性，以及對(duì)不同基材的抗腐蝕能力。實(shí)現(xiàn)耐久性超疏水材料的途徑包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、化學(xué)鍵合、界面強(qiáng)化疏水材料和基材，以及自愈等。其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可分為設(shè)計(jì)微/納米層結(jié)構(gòu)和構(gòu)建自相似結(jié)構(gòu)。微/納米層狀結(jié)構(gòu)中的微結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮保護(hù)納米結(jié)構(gòu)的作用，而自相似結(jié)構(gòu)意味著整體材料表現(xiàn)出相似的結(jié)構(gòu)和從上到下的潤(rùn)濕性，即使表面層被損壞或去除，重新暴露的表面仍然表現(xiàn)出與表面層相似的防水性?；瘜W(xué)鍵合包括交聯(lián)、共價(jià)鍵和絡(luò)合，可實(shí)現(xiàn)底物的牢固結(jié)合，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)得到疏水材料。對(duì)基材的界面強(qiáng)化，是通過(guò)在基材和疏水材料之間產(chǎn)生強(qiáng)粘附力來(lái)抵抗施加載荷的損壞，可以通過(guò)應(yīng)用聚合物基或無(wú)機(jī)粘合劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。自愈超疏水材料可進(jìn)一步劃分為微結(jié)構(gòu)再生和遷移的材料低表面能，在消除超疏水性后，可通過(guò)主動(dòng)或外部刺激實(shí)現(xiàn)疏水性的可逆轉(zhuǎn)換。

二、超疏水表面在金屬防護(hù)中的應(yīng)用

2.1超疏水表面在鎂基表面的應(yīng)用

鎂合金具有高導(dǎo)熱、低熱膨脹和高阻尼能力，以及優(yōu)良的電磁屏蔽和機(jī)械加工性[32]，被廣泛使用于汽車、航空航天、電子等行業(yè)。鎂及其合金表面活性高，易在潮濕環(huán)境中降解或含氯化物介質(zhì)對(duì)其表面造成腐蝕性威脅[33,34]。Jiang等[35]以微弧氧化（MAO）層作為過(guò)渡層直接在鎂合金（AZ91D）表面制備鋅基金屬有機(jī)骨架復(fù)合涂層。電化學(xué)測(cè)試表明，超疏水復(fù)合涂層極大增強(qiáng)了AZ91D的耐腐蝕性，腐蝕電流密度從10-5降低到10-9A/cm2。Zhang等[36]采用十八烷基三苯鏻雙（三氟甲基磺?；０穂OTP][NTf2]摻入MAO涂層的孔隙中，制備了一種新型防腐復(fù)合涂層，其浸泡在3.5wt% NaCl溶液中80d后仍保持優(yōu)異的耐腐蝕性，并表現(xiàn)出一定的自行修復(fù)能力。Yin等[37]將咪唑骨架（ZIF-8）粉末分散在含有不同量1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(PFTS)的PVDF溶液中，通過(guò)電沉積工藝沉積在Zn-Al LDH過(guò)渡層過(guò)渡結(jié)構(gòu)的表面，制得超疏水ZIF-8/PVDF/LDH (SZPL)表面。電化學(xué)測(cè)試表明，SZPL涂層大大提高了鎂合金的腐蝕防護(hù)能力。主要是由于LDH過(guò)渡層的協(xié)同效應(yīng)阻礙了侵蝕性離子的傳輸，頂部超疏水ZIF-8基涂層則減少了基材與腐蝕性溶液的接觸面積。此外，超疏水SZPL基涂層可以在3.5wt% NaCl溶液中浸泡7d后仍具有優(yōu)異的防腐性能，可延長(zhǎng)對(duì)鎂金屬的保護(hù)效果。

2.2超疏水表面在銅基表面的應(yīng)用

2.3超疏水表面在鋼基表面的應(yīng)用

鋼材因具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單和價(jià)格相對(duì)低廉而被廣泛應(yīng)用。然而，碳鋼表面的高電化學(xué)活性使得其在大氣環(huán)境中易發(fā)生腐蝕[44]。Chen等[45]成功制備了全氟辛酸摻雜的聚苯胺（PFOA/PANI）聚合納米復(fù)合涂層，并將其應(yīng)用在Q215碳鋼表面。PFOA/PANI納米粒子在乙醇中表現(xiàn)出較高的疏水性和良好的分散性，可均勻分布在環(huán)氧樹(shù)脂（EP）涂料中，提高其對(duì)腐蝕性介質(zhì)的抗?jié)B透效率。該涂層在3.5wt% NaCl溶液中浸泡9d后，阻抗模量為6×108Ω·cm2 ，比較各涂層的阻抗模量，PFOA/ PANI/EP涂層> EP涂層?裸Q215鋼，表明 PFOA/PANI/EP涂層具有良好的耐腐蝕性。Wu等[46]通過(guò)原位還原將石墨烯包覆在鋁粉上（G/Al），然后通過(guò)低壓冷噴涂法將G/Al與鋅粉共沉積在低碳鋼上，制備得到Zn-G/Al 復(fù)合涂層。電化學(xué)測(cè)試表明，在3.5%wt NaCl溶液中，G/Al 含量為0.2%的Zn-G/Al 的腐蝕電流密度達(dá)8.21.2×10-2A/cm2。石墨烯的均勻分布和顯著的導(dǎo)電特性賦予Zn-G/Al 涂層增強(qiáng)的陰極性能保護(hù)。對(duì)于劃傷的涂層，涂層中的石墨烯會(huì)增加涂層與碳鋼之間的電位差，促進(jìn)涂層的腐蝕，但之后迅速形成具有防腐性能的腐蝕產(chǎn)物填充在劃傷的零件上，防止涂層進(jìn)一步腐蝕。即，Zn-G/Al 涂層具有增強(qiáng)的自愈性表現(xiàn)。趙亞梅等[47]以微晶蠟強(qiáng)化的環(huán)氧樹(shù)脂基自修復(fù)涂層(SMEP)為底層，以超疏水材料PDMS@ZnO@SiO2(PZS)為表層，基于雙層設(shè)計(jì)制備了一種具有持久防腐性能的自修復(fù)超疏水涂層SMEP/PZS。該涂層有較快的自修復(fù)能力，將機(jī)械模擬的受損涂層于 85℃下在20min較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行修復(fù)，其最佳機(jī)械劃痕由45μm縮小至1.0μm，修復(fù)率達(dá)97.8%；將修復(fù)后的該涂層置于3.5wt%NaCl溶液中浸泡14d后，其耐腐蝕性接近于原始涂層。SMEP/PZS涂層涂覆在不銹鋼基底上，在3.5wt%NaCl溶液中所測(cè)點(diǎn)蝕電位與裸不銹鋼的相比正移近10倍，維鈍電流密度I下降2個(gè)數(shù)量級(jí)，表現(xiàn)出優(yōu)良的持久防腐與保護(hù)功能。

三、結(jié)論

超疏水材料作為金屬防護(hù)的有效方式，在延長(zhǎng)金屬或合金使用壽命方面有著很好的應(yīng)用研究前景。今后，其將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：

（1）調(diào)整超疏水材料的結(jié)構(gòu)并增強(qiáng)其在基材上的附著力，以提高穩(wěn)定性和耐用性，并結(jié)合彈性或柔軟材料來(lái)增強(qiáng)涂層對(duì)基材的粘附性；

（2）用更環(huán)保的技術(shù)和材料取代含氟化合物和有毒有機(jī)溶劑；

（3）開(kāi)發(fā)自我修復(fù)的功能性超疏水表面，與機(jī)械耐久性結(jié)合，以延長(zhǎng)涂層的使用壽命。

四、夢(mèng)能服務(wù)與支持

1、免費(fèi)樣品

如果您對(duì)我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請(qǐng)樣品試用，請(qǐng)與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

油漆樣品適用范圍：

用于新建項(xiàng)目：驗(yàn)證油漆配套的可行性、檢驗(yàn)附著力、效果圖與實(shí)際顏色的色差。

用于維修項(xiàng)目：驗(yàn)證與舊涂層的兼容性。

用于日常修補(bǔ)：提供少量樣品用于修補(bǔ)破損處。

申請(qǐng)用量：在1KG以內(nèi)免費(fèi)送貨上門(mén)。

2、免費(fèi)打樣

如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實(shí)際應(yīng)用、外觀、性能測(cè)試，請(qǐng)與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢(mèng)能科技營(yíng)銷部，由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。

3、服務(wù)團(tuán)隊(duì)

夢(mèng)能對(duì)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢(mèng)能公司每年都會(huì)對(duì)技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì)，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn)，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購(gòu)買(mǎi)通道

零售：購(gòu)買(mǎi)50kg以內(nèi)，線上購(gòu)買(mǎi)，抖店直接下單購(gòu)買(mǎi)。

工廠業(yè)務(wù)：長(zhǎng)期合作、量大從優(yōu)、生產(chǎn)調(diào)試、質(zhì)量檢測(cè)、開(kāi)具13%專用發(fā)票

貿(mào)易、代理：提供代工業(yè)務(wù)支持，項(xiàng)目保護(hù)。

業(yè)主、總包、設(shè)計(jì)院：提供防腐方案設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、施工方案、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。

涂裝施工：提供解決方案、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。